机械能让细胞发声

二十年来，机械生物学表明，施加在细胞上的机械应力会影响细胞的寿命和功能。埃科尔理工学院教授查尔斯·巴鲁德（Charles Baroud）的研究是这一动态的一部分。LADHYX的研究人员开发了机械操纵和探测非常特殊的3D细胞物体的技术：球体（模拟组织或肿瘤的细胞聚集体）和类器官（复制某些器官功能的小细胞结构）。这项工作为许多应用铺平了道路，并为MELCART（微组织的机械表征和刺激）项目铺平了道路，该项目由ERC Grants Advanced 2024资助。

机械刺激细胞

在过去几年中，研究人员和他的团队确认了他们在球体和类器官培养方面的专业知识，这是为了在体外最好地重建生活条件（大多数研究是在单个细胞或单层细胞培养物上进行的）。“我们还通过制造一种能够对我们的细胞物体施加力的微流体装置来解除技术障碍，”研究人员说。该机制源自软机器人技术，由一种类似硅树脂的柔性聚合物组成，用于连接窗户。它允许对球体/类器官施加简单的机械应力（顶部变平），并通过气室系统精细控制变形。

虽然3D打印机足以制造它，但该设备不能施加均匀（各向同性）应力，也不能给出施加在细胞物体上的力的指示。“通过MELCART，我们打算改进这项技术，并成功地对我们的球体和类器官施加各向同性力。我们还将完善我们的多尺度细胞术技术，即我们用于对大量细胞进行生物或物理测量的方法。”

通过图像分析系统，查尔斯·巴鲁德能够收集球体或类器官不同尺度的数据集，从单个细胞到整个物体。“显微镜是该项目这一部分的核心。对于给定的强迫，我们3D对象中的一些细胞会压缩、旋转或拉伸。“有趣的是，能够确定它们所经历的变形，以及它们的各种生物隔室（细胞质、细胞核等），从而建立变形和机械力之间的关系，”他解释说。同时，MELCART计划开发特定算法，以处理、重新文本化和更容易消化收集这些信息将产生的庞大数据库

表征组织的机械反应

Melcart试图回答许多问题，并开辟诊断或治疗前景：是否有可能根据其机械反应（肿瘤的侵袭性、其中包含的癌细胞数量等）确定组织的生物状态？有可能使用机械生物学来指导生物组织的发育吗？由于心脏细胞对力学极为敏感，例如，这里将使用该杠杆来改进心肌模型并测试某些分子对心肌的毒性。“药理学中还有其他应用。例如，给定的强迫能以分化的方式激活蛋白质并杀死癌细胞，同时保持组织中的健康细胞吗？”科学家问道。个性化医疗也属于MELCART的可能应用领域。“想象一下一个活检被强迫。记录的反应是他特有的，因此是患者特有的。然后可以针对这些特征进行治疗。”

MELCART具有深刻的多学科性，通过其在健康领域的机会和旨在开发新技术的工程部分，也有利于基础研究（对物理和生物现象的深入理解）与应用研究之间的协同作用。“这是Ladhyx的特点之一，也是该项目丰富多彩的原因，”研究人员总结道。

*LADHYX：巴黎理工学院CNRS联合研究单位